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: S5 g2 j! N1 f+ d& V
以太坊旨在成为全球账本,需要可扩展性和韧性。本文聚焦协议简单性的重要性,提出通过简化共识层(3-slot 最终性、STARK 聚合)和执行层(替换 EVM 为 RISC-V ( ~4 {% `5 ~' g( k& ]0 X6 W: g4 U
2 ~- F/ H9 K1 t, |. A# v/ k
或类似虚拟机)大幅降低复杂性,减少开发成本、错误风险和攻击面。建议通过向后兼容策略(如链上 EVM 解释器)平滑过渡,并统一纠删码、序列化格式(SSZ)和树结
- i* c! t9 h. U S( u$ d0 Z: O6 R
1 h' G+ g% d/ D" |8 h构以进一步简化。目标是让以太坊共识关键代码接近比特币的简单性,提升韧性和参与度,需文化上重视简单性并设定最大代码行数目标。
+ @# {9 [; H7 w
8 F3 l% l3 ~7 P$ ` 以太坊的目标是成为全球账本:存储人类文明资产与记录的平台,服务于金融、治理、高价值数据认证等领域。这需要两方面的支持:可扩展性与韧性。Fusaka 硬分叉7 Y4 f$ K5 g/ r) S4 l
' c9 [; O( T( p& a计划将 L2 数据的可用空间增加 10 倍,而当前提议的 2026 年路线图也计划为 L1 层带来类似的大幅提升。与此同时,以太坊已完成向权益证明(PoS)的过渡,客户端多样$ B7 ^3 r1 Z6 ?. w- V K \
0 Q+ N& y( W3 d4 m, f
性迅速提升,零知识(ZK)验证、量子抗性研究也在稳步推进,应用生态日益稳健。
3 d% Y* A- N2 X! `/ B" N5 L% S- w- ]1 I2 o3 l
本文旨在聚焦一个同样重要却易被低估的韧性(乃至可扩展性)要素:协议的简单性。0 C3 r v2 B5 u% e4 K7 y$ p
/ j3 ?+ ~1 x- F2 G
比特币协议最令人赞叹之处在于其优雅的简洁性:
- H: p) ]) b' \) j( R) Y# J- y3 Q6 F$ e- S" C8 F
! O8 F& l- K; p 1. 存在一条由区块组成的链,每个区块通过哈希与前一区块相连。
( w, u+ F& D4 P( {1 a7 v4 H
$ Z) o1 u# j+ u0 U. T 2. 区块的有效性通过工作量证明(PoW)验证,即检查哈希值的前几位是否为零。
0 \' x, }9 }9 Q; O3 U- F) @) k. [
; r k" L2 }- {7 q/ [; ` 3. 每个区块包含交易,交易花费的币要么来自挖矿奖励,要么来自之前的交易输出。
+ M( C2 k( e5 a* l' c' _ i$ I
仅此而已!即便是一个聪明的高中生也能完全理解比特币协议的运作,而一个程序员甚至可以将其作为业余项目编写一个客户端。
`8 }, _, P' O' J" z) h) G0 F% t: x$ X) o. l4 O2 N
协议的简单性为比特币(以及以太坊)成为可信、中立的全球基础层带来了诸多关键优势:& T* g+ R+ O5 C* ^8 e8 k2 ]
& _, K' B7 }$ U9 i 1. 易于理解:降低协议的复杂性,让更多人能够参与协议研究、开发和治理,减少技术精英阶层主导的风险。
9 |% l5 G. ?& U$ \7 V8 x) t& F" |
5 I8 \" u! Y9 ?& [9 R 2. 降低开发成本:简化协议大幅降低创建新基础设施(如新客户端、证明器、开发者工具等)的成本。1 j, i6 [, R# f( g. c1 L- @3 m
" s$ O/ }" M4 B0 A& e
3. 减少维护负担:降低长期协议维护的成本。4 K/ y/ z4 U% [5 Z& {" |
: C: e. n# S: T) L+ ^
4. 减少错误风险:降低协议规范及实现中发生灾难性错误的可能性,同时便于验证不存在此类错误。
: ~* |5 X* a3 `
5 o* v/ S6 g1 Y5 r" s: b$ d+ L 5. 缩小攻击面:减少协议的复杂组件,降低被特殊利益集团攻击的风险。
0 J4 U9 K/ f+ _' m q7 {" O
. r R( Q* o8 w, R; h. T 历史上,以太坊(有时因我个人的决策)常常未能保持简单,导致开发成本过高、安全风险增加以及研发文化的封闭性,而这些复杂性追求的收益往往被证明是虚幻的。* w1 W# W. C; A9 }
0 J# l& ]) F( j4 e+ f本文将探讨五年后的以太坊如何接近比特币的简单性。
- _$ Q$ p+ ~) J* p8 q5 c7 F; X$ X1 H3 u& b- G l! |
简化共识层
6 E. R& }# z4 g( j0 a B( G/ n& G3 {# _" x: T) w8 K1 T

: X7 u' u+ [& o5 k0 ~
+ W8 x* x( S6 z" X5 e 新的共识层设计(历史上称为 “信标链”)旨在利用过去十年在共识理论、ZK-SNARK 开发、质押经济等领域的经验,构建一个长期最优且更简单的共识层。
4 u$ ~& D, q& d' ~/ U! Z: y% r2 z2 @9 F. C& z# b1 y' q6 i- @
相比现有信标链,新设计显著简化:- Y ^6 K. Q7 }
- W) Z9 r& Q) B+ `) v" Y
1. 3-slot 最终性设计:移除槽(slot)、周期(epoch)、委员会重组等概念,以及相关的高效处理机制(如同步委员会)。 3-slot 最终性的基本实现仅需
( Y' k& E, D( n5 ]& _( N+ W2 ^3 t& v5 X) D; G t' i3 o7 |- R# b
约 200 行代码,且相比 Gasper,安全性接近最优。5 n& s) H" I: B6 v/ I) ~
5 u/ ^1 b* f4 A+ N 2. 减少活跃验证者数量:允许使用更简单的分叉选择规则实现,增强安全性。
5 n6 d& J. e8 F* k! k! h3 K& e9 Y" u* F2 ~5 u& W
3. 基于 STARK 的聚合协议:任何人都可成为聚合者,无需信任聚合者或为重复位域支付高昂费用。聚合密码学的复杂性较高,但其复杂性被高度封装,3 g+ m7 F! A9 B/ k8 a' `9 B) P
/ a! r% K/ l5 V4 \8 ]" d4 G
系统性风险较低。& G5 H+ J6 u( ]; u
* T. S: @3 t9 A- n6 h/ C$ e% m
4. 简化 P2P 架构:上述因素可能支持更简单、更稳健的点对点网络架构。3 W/ o( w( L/ Y0 i% k6 A
7 B; R! G. u5 Q; U0 J, Q- y 5. 重新设计验证者机制:包括进入、退出、提款、密钥转换、 inactivity leak 等机制,简化代码行数并提供更清晰的保证(如弱主观性周期)。
/ f' j$ n- G/ k! D- ?- Z; O; y/ k" }7 T) _# S
共识层的优势在于其与 EVM 执行层相对独立,因此有较大空间持续改进。更大的挑战在于如何在执行层实现类似简化。) z6 s; R) Y/ k! c* T: d, N$ w
" X* h4 V P7 p+ G4 U 简化执行层: R5 k+ ^2 i1 h/ A8 w* ~
6 v5 l) V, b F! g. V3 {
EVM 的复杂性日益增加,且许多复杂性被证明无必要(部分因我个人决策失误):256 位虚拟机过度优化了如今已逐渐过时的特定密码学形式,预编译
% b" v7 b/ w' L b1 [
- k) |. d( j7 E! m' M j: P) {(precompiles)为单一用例优化却鲜被使用。# w2 X5 ^# S, ?6 X, u9 m
" @7 c3 X& x( ?& @ 逐一解决这些问题效果有限。例如,移除 SELFDESTRUCT 操作码耗费巨大努力,却仅带来较小收益。近期关于 EOF(EVM Object Format)的争论也显1 Q! X0 I; V$ g+ e2 F
$ e6 W3 c5 w% j! {" J, ?示出类似挑战。+ f0 ]- B$ [/ ]/ h: D
* x* E( V2 V' h8 m! Q* q
我最近提出一个更激进的方案:与其对 EVM 进行中等规模(但仍具破坏性)的更改以换取 1.5 倍的收益,不如向一个更优、更简单的虚拟机过渡,以2 } p+ y# A8 k J+ B2 o5 C
{# K4 v* y |, i; y
实现 100 倍的收益。类似于 “合并”(The Merge),我们减少破坏性变更的次数,但使每次变更更具意义。具体而言,我建议将 EVM 替换为 RISC-V,或" B$ w8 ?' m3 T! \ |! X- N) k0 Y5 I) z
5 Z( g3 s0 z4 D2 V" D
以太坊 ZK 证明器使用的另一种虚拟机。这将带来:
8 }4 G8 V0 [% i8 b. {: }
8 \8 e1 a5 t0 w7 J0 r* X6 N 1. 效率大幅提升:智能合约执行(在证明器中)无需解释器开销,直接运行。Succinct 的数据显示在许多场景下性能可提升 100 倍以上。
V) O; J7 ?) o7 }' M5 \) ] K) Q1 W! y' J' `
2. 简单性大幅改进:RISC-V 规范相比 EVM 极其简单,替代方案(如 Cairo)同样简洁。
* R1 g# t% `0 j, v' S
$ g$ c8 K& Y( |. j 3. 支持 EOF 的动机:如代码分区、更友好的静态分析、更大代码大小限制等。
/ O, a; [9 }7 }5 ]% c! H. i2 u# o/ r' j6 e" V
4. 更多开发者选择:Solidity 和 Vyper 可添加后端以编译到新虚拟机。若选择 RISC-V,主流语言开发者也能轻松将代码移植到该虚拟机。+ _" {! Q# `* Q S7 Q
7 c- W4 j6 b& F9 _
5. 移除大部分预编译:可能仅保留高度优化的椭圆曲线操作(量子计算机普及后连这些也将消失)。
$ x: `! M$ ^. O* |2 L5 Y" Y d
l- r V, I% L: s" D; x' R 主要缺点是,与已准备就绪的 EOF 不同,新虚拟机的收益需较长时间惠及开发者。我们可通过短期实施高价值的 EVM 改进(如增加合约代码大小限制、5 p. F9 K. k& k6 e
3 f, {6 m+ i* i, k
支持 DUP/SWAP17–32)来缓解这一问题。
( o9 _" K2 H# _$ U% C- k
* U' Y: V/ X3 e( o3 {$ a0 `$ H 这将带来更简单的虚拟机。核心挑战在于:如何处理现有的 EVM?
M; [$ m, D1 q0 p+ I
9 `7 ?' i. }; m 虚拟机过渡的向后兼容策略 }" X( C5 h7 T' w
+ w' A) @5 l- l5 F
简化(或在不增加复杂性的前提下改进)EVM 的最大挑战在于如何平衡目标实现与现有应用的向后兼容性。$ c1 G4 a2 I% w$ d2 n9 V4 N
& J7 @! P1 D& j8 N* s @
首先需要明确:以太坊代码库(即使在单一客户端内)并非只有一种定义方式。
/ o7 g$ T; I7 C# R8 I O: G/ j) ~
( |& t4 i1 g; O" D# m+ V* f* H: K 目标是尽量缩小绿色区域:节点参与以太坊共识所需的逻辑,包括计算当前状态、证明、验证、FOCIL(分叉选择规则)及 “普通” 区块构建。
0 r. `& s* P6 k
4 f8 d. z8 x9 I5 {8 o& M 橙色区域无法减少:若协议规范移除或更改某执行层功能(如虚拟机、预编译等),处理历史区块的客户端仍需保留相关代码。但新客户端、ZK-EVM 或
: s2 R: N# w: u
8 x; w# F D: L/ F$ ~! E2 Q, G) e形式化证明器可完全忽略橙色区域。/ h+ m9 d5 h+ F! Z
/ ~* ?$ \4 _4 n
新增的HS区域:对理解当前链或优化区块构建非常有价值,但不属于共识逻辑。例如,Etherscan 及部分区块构建者支持 ERC-4337 用户操作。若我们
1 U" ?# o! b9 d! ?* k* o% `% Q; c) Y/ {3 ^" p" L& Z$ k2 f
用链上 RISC-V 实现替换某些以太坊功能(如 EOA 及其支持的旧交易类型),共识代码将显著简化,但专用节点可能继续使用原有代码进行解析。; N$ p _3 f% q; I6 n: O+ e: R
0 ~/ e$ L8 a7 ?6 w. h
橙色和HS区域的复杂性是封装复杂性,理解协议的人可跳过这些部分,以太坊实现可忽略它们,这些区域的错误不会引发共识风险。因此,橙色和HS区
# `- e6 ]) w9 d2 ]+ r- O5 W% ^7 q- l2 u* A: h6 S
域的代码复杂性远比绿色区域的复杂性危害小。8 y2 _3 ~( A. w1 W$ q
( M& K! T: h M; `0 s 将代码从绿色区域移至HS区域的思路,类似于苹果通过 Rosetta 翻译层确保长期向后兼容的策略。
2 B* r# k8 `7 {$ o! U: i3 ?. t; L0 @2 X& e! r8 g! w
1. 要求新预编译提供链上 RISC-V 实现:让生态系统逐步适应 RISC-V 虚拟机。* E' q) z; S% Y% T3 v+ u) T' s
, I& {$ z4 ~& K1 C. f* Q+ } 2. 引入 RISC-V 作为开发者选项:协议同时支持 RISC-V 和 EVM,两种虚拟机的合约可自由交互。
. S; d# m! c3 K) Q1 r9 U5 k3 L# ^: g% B7 } o" _
3. 替换大部分预编译:除椭圆曲线操作和 KECCAK(因需极致速度)外,用 RISC-V 实现替换其他预编译。通过硬分叉移除预编译,同时将该地址的代码) |+ O3 _0 }9 [$ P7 k' g9 b
" g) ]2 d" k& V4 Z5 S. d(类似 DAO 分叉)从空更改为 RISC-V 实现。RISC-V 虚拟机极其简单,即使在此止步也净简化协议。
1 d j! O9 j( W. n& ]0 [: P
* K! H# L }) i! `! ] d2 l 4. 在 RISC-V 中实现 EVM 解释器:作为智能合约上链(因 ZK 证明器需要已进行)。在初始发布数年后,现有 EVM 合约通过该解释器运行。) K1 K9 D9 g5 q* E" B8 R/ o
& k) C7 B3 P9 y5 V, b
% b7 S, p: Q" D4 f* `2 A$ p 完成第 4 步后,许多 “EVM 实现” 仍将用于优化区块构建、开发者工具和链分析,但不再是关键共识规范的一部分。以太坊共识将 “原生地” 仅理解 RISC-V。
. G! _9 }/ D. K. S) G r
/ ?$ g% [4 D" v 通过共享协议组件简化
s# m, A) t7 P$ Z3 X9 m+ K# E( ^. g+ G
降低协议总复杂度的第三种方式(也最易被低估)是尽可能在协议栈的不同部分共享统一标准。不同协议在不同场景下做相同的事情通常毫无益处,但这种
0 M& f+ G4 h) Q0 r; q" O( n q- a1 L4 }+ F) x' S( ^
模式仍常出现,主要是因为协议路线图的不同部分缺乏沟通。以下是几个通过共享组件简化以太坊的具体示例。, i* ~5 k9 C, T0 f% e! o& R
9 b N( _2 G/ w' e& _% |3 K1 S% { 统一纠删码
) e, y8 P; x. K# M' z/ }! _
8 [$ X1 ~/ a: y0 D
2 W: G% x: W" r7 B% D 我们在三个场景中需要纠删码:
/ [4 i3 Q1 k0 B4 ]
2 |) w4 y, `6 ^, C, u 1. 数据可用性采样:客户端验证区块已发布。
& i8 {# U9 |/ N6 T4 A4 h% @. l# o; j6 Z7 m# x5 |& ~. m# A
2. 更快的 P2P 广播:节点接收 n/2 个片段后即可接受区块,在延迟与冗余间取得平衡。/ u0 k: y& X/ X9 R$ t q! k; c
) x5 Q. X! e" E# q! ?- v 3. 分布式历史存储:以太坊历史数据分片存储,每组 n/2 个片段可恢复其余片段,降低单一片段丢失风险。
|6 \! ~* W9 g4 V% @" @
/ k- c2 S! ^1 H, M" E ] 若在三种场景中使用同一纠删码(无论是 Reed-Solomon、随机线性码等),将获得以下优势:: Z8 |9 O4 K2 b' z$ Q
; D7 w, e+ J! K9 U/ [4 u3 J 1. 最小化代码量:减少总代码行数。* O7 D8 M$ S1 p1 H1 Y
$ x7 ~6 U; m( z6 B, x1 O
2. 提高效率:若节点为某场景下载部分片段,这些数据可用于其他场景。" E% y" W: y4 k3 ~% B* c" p" L
5 }6 f% @1 i, b! B 3. 确保可验证性:所有场景的片段均可根据根验证。
& b& ]0 Y8 @+ g+ K+ u
/ C; c8 W4 T* ] 若使用不同纠删码,至少应确保兼容性,例如数据可用性采样的水平 Reed-Solomon 码与垂直随机线性码在同一域操作。8 |# E% n% P. v9 x5 D
* j6 F& X( b5 f8 _' { r* M4 P- y4 K 统一序列化格式
T' v. w) x* i- V4 h; r- F6 W7 Y7 T4 t6 m5 V
" x6 K: T) h: l6 [ 以太坊的序列化格式目前仅部分固化,因数据可按任意格式重新序列化和广播。例外是交易签名哈希,需规范格式进行哈希。未来,序列化格式的固化程. n5 Q' m. W6 q1 C! z! A
( U, B, U# Q, _* \' O+ S: o& u度将因以下原因进一步提高:
5 a) a' y: N; T' S0 i$ O
/ s: _; U, l' _ I 1. 完全账户抽象(EIP-7701):交易完整内容对虚拟机可见。
) ^) Q2 @' F- }1 v* D, P
3 ^7 C* w1 y" y3 S! D' L. ]: { 2. 更高的 Gas 限制:执行层数据需放入数据块(blobs)。3 N( O6 x7 O7 E2 e( z: c
# y" r+ D9 ?$ W7 e: X
届时,我们有机会统一以太坊三个层级的序列化格式:执行层、共识层、智能合约调用 ABI。
( T: g, ~' l; b& f; b. N1 C0 f9 J5 p# e' i
我提议使用 SSZ,因为 SSZ:- Q5 S! n8 F4 _3 d
1 f0 G- C5 e7 k) R) L0 V 1. 易于解码:包括在智能合约内(因其基于 4 字节的设计和较少的边缘情况)。. ~6 Z9 g7 j, t, F
0 V, j' Z% b+ U6 t; Z
2. 已在共识层广泛使用。
% u6 \" H/ @6 l# C8 t# h# O$ i3 n6 `+ }
3. 与现有 ABI 高度相似:工具适配相对简单。
* B# c w# G: F" Q( a" y0 |: i5 _/ a$ h6 d! u9 r$ g
已有向 SSZ 全面迁移的努力,我们应在规划未来升级时考虑并延续这些努力。
, M4 L0 q) f; q7 y6 n' L1 n5 P
) B8 i! j' v9 t5 m+ u 统一树结构* X3 [ @3 a& R# M' D
; Z2 }9 P- m8 u4 H# D) ?6 ` [3 U$ f# d' x- d
若从 EVM 迁移到 RISC-V(或其他可选的最小虚拟机),十六进制 Merkle Patricia 树将成为证明区块执行的最大瓶颈,即使在平均情况下也是如此。迁移) v% a8 E2 a4 a, q1 H) s
: B) r+ h' M- q" m
到基于更优哈希函数的二叉树将显著提升证明器效率,同时降低轻客户端等场景的数据成本。 V- H% U9 C2 ` n* u" ~" h
( X' k- p$ s- B+ {5 E2 p
迁移时,应确保共识层使用相同的树结构。这将使以太坊的共识层与执行层可通过相同代码访问和解析。0 `/ I2 q) l3 K
- v2 y% B. m/ @# t9 i* U+ o# `
从现在到未来
! c- [5 |$ J: z k. b- k2 _
- B& I, m' _0 `6 Q 简单性在许多方面类似于去中心化,二者均为韧性目标的上游。明确重视简单性需要一定的文化转变。其收益往往难以量化,而额外努力和放弃某些耀眼功
" Y9 z4 m$ q1 A0 n
! g$ G! ]6 V* X) n& w9 r1 d能的成本却立竿见影。然而,随着时间推移,收益将愈发显著 — — 比特币本身就是绝佳例证。- {7 B8 X6 _. R; r' R
" S- ~7 P0 F: s& v5 l 我提议效仿 tinygrad,为以太坊长期规范设定明确的最大代码行数目标,使以太坊共识关键代码接近比特币的简单性。处理以太坊历史规则的代码将继续存
( t* w% F# O2 d- | n. ?5 Z
7 Y0 X1 |9 x* i0 [# e$ S$ T在,但应置于共识关键路径之外。同时,我们应秉持选择更简单方案的理念,优先选择封装复杂性而非系统性复杂性,并做出提供清晰属性和保证的设计选择。, E) c# {; ]3 R& F# C& G, ~ J# g- q" C
2 y8 F+ ~) I8 N+ G) ?5 O7 s
$ q- T" I6 E0 U. h- ~$ Q/ }+ Z5 ^6 Q0 U; ~3 W# L
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